Анотація до роботи:

Кльопа Т. П. Шляхи усунення біообростання у водозворотніх циклах підприємств азотної промисловості. Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.17.21. – «Технологія водоочищення»

Дисертація присвячена дослідженню процесу біообростання систем зворотного водопостачання підприємств азотної промисловості на прикладі ВАТ «ДніпроАзот» та розробці заходів щодо зменшення впливу біообростань на водозворотні цикли. Визначено, що біообростання представляють біоценози, що сформовані в умовах, які відрізняються від умов існування природних екосистем. Існуючі методи обробки води для запобігання біологічних обростань, такі як: хлорування, озонування та обробка іншими окисниками матеріало- та енерговитратні, не придатні для застосування у системах, де скид води відбувається на установки біохімічного очищення. Створено математичну модель початкової стадії процесу біообростань, як однієї з найбільш значущих при формуванні стратегії захисту від вказаних явищ. Науково обґрунтовано застосування таких безреагентних знезаражуючих методів обробки води, як вакуумування та ультразвукова обробка. Розроблено технологічну схему установки та підібрано основне обладнання для знезараження води. Розраховано отриманий економічний ефект від впровадження запропонованих методів обробки.

В дисертації, що є завершеною науково-дослідною роботою, поставлена і розв’язана актуальна науково-практична задача, яка полягає в розробці технології вакуумної та ультразвукової обробки води шляхом встановлення основних режимів і нових залежностей названих процесів від ряду основних показників, а також обґрунтуванні відповідних технологічних і конструктивних рішень на основі цих досліджень для підприємств азотної промисловості на прикладі ВАТ «ДніпроАзот».

Найбільш важливі наукові і практичні результати, висновки та рекомендації:

1. Виконано аналіз відомих методів попередження біологічного обростання поверхонь, таких як хлорування, озонування, знезараження води іонами важких металів, коагуляція та флокуляція, водорозчинні органічні реагенти, додавання у воду розчину пероксиду водню, та обробка іншими окисниками, який показав, що основним недоліком є їхня матеріало - та енергоємність, до того ж вони не придатні для застосування у системах, де скид води відбувається на установку біохімічного очищення та може привести до порушення технологічного режиму очисних споруд підприємства.

2. Розроблено нову технологію попередження біообростань із застосуванням вакуумної та ультразвукової обробки води систем зворотного водопостачання. При вакуумній обробці - за допомогою вакуумного насосу ВВН-6 при залишковому тиску 0,01 МПа протягом 1,5 хвилини у герметичному резервуарі; при ультразвуковій обробці - за допомогою ультразвукової установки «Резон - 6» протягом 1,25 хвилин, з виробничою швидкістю 0,1м/с; оборотна вода знезаражується на 85-90%.

3. Виявлено, що на початковій стадії біообростання при зниженні вмісту у воді органічних речовин з 75 до 14 мгО₂/дм³ кількість мікроорганізмів знижується з 45 до 17,9 млн. од./см² у воді систем зворотного водопостачання.

4. Досліджено кількісний розвиток бактерій (нітрифікуючих, денітрифікуючих, тіонових, cульфатвідновлюючих, залізобактерій) у різних типах теплообмінного обладнання на протязі року: у відкритому теплообмінному обладнанні (градирні) кількість мікроорганізмів зменшується із пониженням температури атмосферного повітря з липня по грудень від 4,67 до 0,4 млн. од./см³, а в закритому теплообмінному обладнанні (резервуарі) знижується з 2,20 до 0,73 млн. од./см³, причому в градирні цей процес відбувається значно інтенсивніше. В період з грудня по березень кількість клітин у резервуарі зменшується з 1,36 до 0,73 млн.од./см³ та перевищує кількість клітин у градирні з 1,00 до 0,49 млн.од./см³. З березня починається ріст кількості клітин, причому знову у градирні більш інтенсивно (з 0,49 до 2,3 млн.од./см³). Це пов’язано із зміною погодних умов.

5. Розроблено математичну модель процесу біообростання на початковій стадії та надані відповідні коефіціенти, які дозволяють регулювати, контролювати та прогнозувати розвиток біологічних обростань на різних матеріалах теплообмінного обладнання водозворотних циклів, встановлено залежність швидкості біообростання від виду та розміру поверхонь, концентрації мікроорганізмів у воді, швидкості руху води та мікроорганізмів і терміну знаходження поверхонь у воді, коефіцієнту, який враховує вид матеріалу теплообмінного обладнання.

6. Вперше розкрито механізм впливу вакуумної обробки води на біологічні обростання систем зворотного водопостачання: сутність його полягає в розриві клітинної оболонки і гибелі бактеріальної клітини в умовах пониженого тиску за рахунок змикання пухирів, які утворюються при пониженні тиску в будь-якому місці рідини до рівня тиску насиченої пари.

7. Показано, що вакуумна та ультразвукова обробки води попереджають процес біообростання, позитивно впливають на стан теплообмінного обладнання систем зворотного водопостачання, виключають використання додаткових реагентів та підвищення температури. Вакуумування найбільш ефективно запобігає біообростанню при остаточному тиску 0,01 МПа, терміну обробки 1,5 хвилини і температурі 20-30 С; ультразвукова обробка – при інтенсивності озвучування 7дБ, часу обробки 1,25 хв., температурі 20-30С.

8. Науково обґрунтовано застосування вакуумної та ультразвукової обробки води в системах зворотного водопостачання підприємств азотної промисловості, розроблено принципові технологічні схеми установок та підібрано основне обладнання для обробки води.

9. При реконструкції діючої системи підготовки води у водозворотному циклі № 20 ВАТ «ДніпроАзот» включено в систему вузол вакуумної обробки. Проведена апробація рекомендованих режимів вакуумної обробки води, результати апробації дали позитивний ефект, що знайшло відображення в акті впровадження установки.

10. Показано, що економічний ефект від впровадження вакуумної установки складе 79 тис. грн./рік, від впровадження ультразвукової установки складе 62 тис. грн. на рік за рахунок зменшення витрат на утримання, експлуатацію і ремонт устаткування. Розроблені технології попередження біообростань із застосуванням вакуумної та ультразвукової обробки дозволяють скоротити витрати підприємства на ремонти та експлуатацію водозворотних циклів.

Публікації автора:

1. Кльопа Т.П., Шкірко І.В., Волошин М.Д. Дослідження процесу бактеріального обростання системи оборотного водопостачання. / Вісник національного технічного університету „ХПІ”. Тематичний випуск №37 „Хімія, хімічна технологія та екологія”. – Харків: 2004. – С.130-135.

2. Кльопа Т.П. Дослідження впливу ультразвуку на стан біологічних обростань систем оборотного водопостачання підприємств азотної промисловості. //Вопросы химии и химической технологии. – Дніпропетровськ: УДХТУ. – 2006. - № 5, С. 237-239.

3. Кльопа Т.П., Волошин М.Д. Дослідження якості води систем оборотного водопостачання підприємств азотної промисловості. // Збірник наукових праць ДДТУ. – Дніпродзержинськ: 2003. – С. 165-168.

4. Кльопа Т.П., Волошин М.Д. Математична модель початкової стадії біообростання водооборотних циклів. // Збірник наукових праць ДДТУ. – Дніпродзержинськ: 2007. – С. 286-291.

5. Кльопа Т.П. Визначення мікробіологічного складу оборотної води підприємств азотної промисловості. / Матеріали VІІІ Міжнародної науково-практичної конференції студентів, аспірантів та молодих вчених „Екологія. Людина. Суспільство.”. – Київ: НТУУ КПІ, 2005. – С.88-89.

6. Кльопа Т.П. Визначення впливу ультразвукових коливань на стан біообростань систем оборотного водопостачання./ Матеріали ІХ Міжнародної науково-практичної конференції студентів, аспірантів та молодих вчених „Екологія. Людина. Суспільство.”. – Київ: НТУУ КПІ, 2006. – С.83.

7. Кльопа Т.П., Волошин М.Д. Дослідження впливу розчиненого кисню на стан біообростань в системах оборотного водопостачання. / Матеріали ІІІ Міжнародної науково-практичної конференції студентів, аспірантів та молодих вчених „Хімія і сучасні технології”. - Дніпропетровськ: УДХТУ, 2006. – С. 262-264.

8. Кльопа Т.П., Волошин М.Д. Дослідження впливу вакууму на стан біологічних обростань систем оборотного водопостачання. / Матеріали І Міжнародної науково-практичної конференції „І з’їзд екологів”. – Вінниця: ВНТУ, 2006. – С. 219.

9. Кльопа Т.П., Шкірко І.В. Дослідження складу біологічних обростань в системах оборотного водопостачання при виробництві азотних добрив / Екологія і природокористування: Збірник наукових праць Інституту природокористування та екології НАН України. – Дніпропетровськ: 2006. – Випуск № 7 С. 25-27.

10. Патент України на корисну модель «Спосіб знезараження оборотної води» № 20302 А, Україна, МПК(2006) С02F1/00 / Волошин М.Д., Кльопа Т.П. - № u200608343; Заявл. 25.07.2006; опубл. 15.01.2007, Бюл. №1, 2007р.

11. Волошин М.Д., Кльопа Т.П. Безреагентні методи знезараження оборотної води / Матеріали VІ Міжнародної науково-практичної конференції з міжнародною участю «Екологія та інженерія. Стан, наслідки, шляхи створення екологічно чистих технологій». – Дніпродзержинськ: 2006. – С.57-59.

12. Кльопа Т.П., Волошин М.Д. Рекомендації по зменшенню біологічних обростань в оборотних системах водопостачання підприємств азотної промисловості/ Матеріали VІ Міжнародної науково-практичної конференції з міжнародною участю «Екологія та інженерія. Стан, наслідки, шляхи створення екологічно чистих технологій». – Дніпродзержинськ: 2006. – С.57-59.

Особистий внесок здобувача у роботах, опублікованих у співавторстві, полягає: [1], [2] – виявлення основних компонентів біообростань, аналіз результатів; [4] – виконання теоретичних розробок та проведення розрахунків на ЕОМ; [7] – визначення закономірностей впливу різних концентрацій розчиненого кисню на біообростання; [8] – запропоновано новий безреагентний метод боротьби з біообростаннями; [9] - визначення якісного та кількісного складу біологічних обростань; [10] - розробка та апробація нового методу знезараження оборотної води; [11] – визначення основних параметрів обробки, обробка результатів та написання тез; [12] - здобувач приймав участь в обробці результатів та написанні тез.